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1、第三章第三章 双极型模拟集成电路双极型模拟集成电路的基本单元电路的基本单元电路3.0 放大的概念及基本性能指标3.1 单管共射放大电路的工作原理3.2 放大电路的分析方法3.3 频率响应的基本概念及单管CE电路的频响3.4 共集放大电路3.5 共基放大电路3.6 共射、共集、共基放大电路性能比较3.7 电流源电路3.8 差分放大电路3.9 多级放大电路3.10 低频功率放大电路第1页/共209页3.0 3.0 放大的概念及基本性能指标放大的概念及基本性能指标一、放大的概念u放大的对象：变化量u放大的特征：功率放大u放大的基本要求：不失真判断电路能否放大的基本为出发点第2页/共209页u放大电路
2、的功能：放大微弱信号，输出电压或电流在幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。u放大的实质：被放大的输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，只是经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。第3页/共209页二、放大器基本性能指标二、放大器基本性能指标 可利用实验的方法得到。从输入端看进去的等效电阻将输出端等效成有内阻的电压源，内阻就是输出电阻。余弦波信号第4页/共209页 放大电路II的输入电阻Ri2是放大电路I的负载电阻。放大电路I的输出可看作是放大电路II的信号源，信号源内阻就是放大电路I的输出电阻RO1。注意：输入电阻和输出电阻都会直接或间接地影响放大电路的放大能力。两级级联放
3、大电路第5页/共209页 通频带意义：衡量放大电路对不同频率信号的放大能力。通频带越宽，表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。其中：Am为中频放大倍数；fL为下限截止频率；fH为上限截止频率。通频带定义：fbw=fH-fL3dB第6页/共209页 非线性失真系数：其中：D是非线性失真系数；A1是基波幅值,A2、A3、A4是谐波幅值。最大不失真输出电压：输入电压再增大就会使输出电压波形失真。用UOM表示或UOPP。最大输出功率：输出信号不失真情况下负载获得的最大功率，用POm表示。最大效率：注意：以上指标测试时应给电路输入中频段信号的值。其中：表示电源输出总功率。第7页/共209页3.1 单
4、管共射放大电路的工作原理一、基本放大电路的组成ECRcUi+-Uo+-RbEb简化：1.两个电源用一个Ec,去掉Eb,Rb改接由Ec供电。2.公共端接地，设其电位为0，其他各点电位以它做参考点。因此可不画Ec,只标出极性和大小。UoUiEC共射放大电路共射放大电路第8页/共209页UoUiEC一、基本放大电路的组成（续）基本组成如下：三 极 管T：起放大作用。负载电阻RC、RL：将变化的集电极电流转换为电压输出偏置电路EC、Rb：使三极管有一个合适的静态工作点，从而工作在线性放大区，给输出信号提供能量。耦合电容C1、C2：起隔直作用;对交流起耦合的作用。第9页/共209页二、放大电路的静态分析
5、工作原理工作原理静态Ui=0时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。静态分析确定放大电路的静态值IBQ、ICQ、UCEQ，即静态工作点Q。静态工作点的位置直接影响放大电路的质量。静态分析方法（1）解析法（2）图解分析法1.解析法借助于放大电路的直流通路来求。直流通路是能通过直流的通道。UoUiEC问题：如何画直流通路？将电路中的耦合电容和旁路电容开路，即可得到。第10页/共209页工作原理工作原理1.解析法（续）ECIBQICQUBEQUCEQ其中 UBEQ为二极管导通电压：Si管：UBEQ=0.6V0.7VGe管:UBEQ=0.2V0.3V（2）求静态值（1）首先画出直流通路求解顺序是先求
6、IBQICQUCEQUCEQ=EC-ICQRC第11页/共209页2.图解法（1）由输入特性曲线和输入直流负载线求IBQ、UBEQECIBICUBEUCE 输入特性曲线 输入回路直流负载线IBUBEEc/RbEcIBQUBEQQ直流负载线斜率-1/Rb画出直流负载线，直流负载线和输入特性曲线的交点即是静态工作点Q，由Q可确定IBQ、UBEQ。特性曲线第12页/共209页 输出特性曲线 输出直流负载线（2）由输出特性曲线和输出回路直流负载线求ICQ、UCEQECIBICUBEUCE求直流负载线两点坐标(EC,0),(0,EC/Rc)直流负载线和输出特性曲线的有多个交点。只有与IB=IBQ对应的那
7、条曲线的交点才是静态工作点。第13页/共209页工作原理工作原理由图可见：如改变IB的数值，便可改变静态工作点的位置，从而影响放大电路的放大质量。第14页/共209页三、放大电路交流（动态）分析工作原理工作原理动态有输入信号Ui0时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。1.放大电路的交流通路动态分析内容确定放大电路的放大倍数AU 或AI，输入电阻 ri 和输出电阻 ro。（1）将放大电路中电容视作短路；交流通路的画法：（2）直流电源电阻很小，对交流可视作短路。即可得到放大电路的交流通路。第15页/共209页uouiECuouiiiicib交流通路的画法：uo=uce=-ic(RL/Rc)=-
8、icRL变化的 通过 转变为变化的电压输出三极管放大作用 ui ube ib ic(ib)uce uo第16页/共209页2.放大电路的工作过程当有交流信号ui加到放大器的输入端时，晶体管各点的电压和电流将在静态值基础上叠加一交流分量，此时电路中的信号即有直流，又有交流。符号表示习惯直流分量：大写字母、大写下标，如IB。交流分量：小写字母、小写下标，如ib。交直流叠加量：小写字母、大写下标，如iB。矢量：大写字母、小写下标，如Ib。第17页/共209页uouiECiBiCuCEuBE直流分量：IB。交流分量：ib。交直流叠加量：iB。矢量：IbuBE=UBEQ+uiiB=IBQ+ibiC=IC
9、Q+ic=ICQ+ibuCE=UCEQ+uce=UCEQ-ic(RL/Rc)uo=uce=-ic(RL/Rc)三极管各电极电流、电压均由交直流分量叠加而成。若放大的是交流信号，交流分量幅值应小于直流分量。输入输出反相,即uo与ui的极性相差180o。结论：第18页/共209页uiuBEUBEtuCEUCEuouBE=UBEQ+uiiB=IBQ+ibiC=ICQ+icuCE=UCE+uceuo=uce=-icRLuouiECiBiCuCEuBE第19页/共209页工作原理工作原理四、放大电路的放大倍数 输出信号的电压和电流幅度得到了放大，所以输出功率也会有所放大。对放大电路而言有电压放大倍数、电
10、流放大倍数和功率放大倍数,通常它们都是按正弦量定义的。电压放大倍数定义为电流放大倍数定义为20/93说明：早期放大器通常用于放大语声，听觉与功率的对数成正比，所以很多电路指标用（分贝）来表示。第20页/共209页3.2 3.2 放大电路的分析方法放大电路的分析方法放大电路的图解分析方法晶体管的h参数低频小信号模型共射极h参数等效电路的分析方法放大器工作点稳定问题第21页/共209页一、放大电路的图解分析方法通过作图的方法求AU、AI及放大电路的最大不失真电压。.交流负载线 交流负载线确定方法：通过输出特性曲线上过Q点做一条斜率为1/RL直线，交流负载电阻RL=RLRC。交流负载线的含义：交流负
11、载线是有交流输入信号时，工作点Q的运动轨迹。uouiiiicib交流负载线特点：比直流负载线要陡，斜率为1/RL。第22页/共209页2.图解分析方法图解分析图解分析1）求出静态工作点Q。2）画出交流通路，求出交流负载电阻 。RL=Rc/RL3）以Q为基准，在输入特性曲线上，根据ui的变化波形求出ib的波形及幅值Ibm。作出交流负载线。uouiECuouiiIiicib第23页/共209页IbmIcmUom不截止Ucm1不饱和Ucm2步骤三：以Q为基准，在输入特性曲线上，根据ui的变化波形求出ib的变化波形及幅值Ibm。第26页/共209页图解分析图解分析（1）求增益AU=Uom/Uim ，A
12、I=Icm/Iim（2）确定放大器的最大工作范围-最大不失真电压Ucm=min(Ucm1，Ucm2)1.CE组态放大电路uo与ui相位相反；2.可测出放大电路的电压放大倍数；3.可确定最大不失真输出幅度。小结：2.图解分析方法（续）第27页/共209页饱和失真截止失真由于放大电路的工作点达到了三极管的饱和区而引起的非线性失真。由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真。波形的失真双向失真工作点位置合适信号过大而引起的非线性失真。第28页/共209页 放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要：(1)工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；(2)要有合适的交流负载线；(3)输
13、入信号的幅度不能太大。经验：第29页/共209页二、放大电路的等效电路分析方法.共射h参数模型 h参数也称混合（hybrid）参数低频小信号模型建立条件：（1）小信号；小信号意味着三极管在线性条件下工作。（2）低频；低频模型可以不考虑结电容的影响，可以忽略晶体管的电容效应和非线性。用途：晶体管h参数模型是分析低频小信号放大器的重要工具。说明：晶体管h参数模型也称为低频小信号模型或微变等效电路。第30页/共209页三极管可看成是双端口网络如图所示:三极管的模型可以用网络方程导出过程如下。输入特性曲线：输出特性曲线：第31页/共209页取全微分：说明：duBE表示uBE的表化部分，这样可以用uBE
14、表示duBE,其他变量同理。第32页/共209页等效电路分析等效电路分析称为输入电阻，即 rbe。称为反向电压传输系数。也称电压反馈系数。称为电流放大系数，即。称为输出电导，即1/rce。其中：第33页/共209页等效电路分析等效电路分析iBuBE+-uCE+-icuBE+-uCE+-iBbecichie+-hreuCEhfeiB1/hoe1.共射h参数模型（续）晶体管h参数模型（或低频小信号模型，或微变等效电路模型）第34页/共209页等效电路分析等效电路分析ibube+-uce+-icube+-uce+-ibbecichie+-hreucehfeib1/hoe1.共射h参数模型（续）晶体管
15、h参数模型（或低频小信号模型，或微变等效电路模型）为了描述方便，常用交流信号（如ube）符号表示信号的微变符号（uBE）。第35页/共209页Uec+-IbUbc+-IeUec+-IbbceIehic+-hrcUechfcIb1/hocIeUeb+-IcUcb+-Ucb+-IeebcIchib+-hrbUcbhfbIe1/hobUeb+-Ubc+-2.共集h参数模型(了解）等效电路分析等效电路分析3.共基h参数模型(了解）第36页/共209页等效电路分析等效电路分析4.参数互换（了解）三种组态的h参数是可以互换（参见教材P96）。共射和共基h参数的换算关系共射和共集h参数的换算关系第37页/共
16、209页等效电路分析等效电路分析例：已知三极管共射h参数:hie=1.4K，hre=3.3710-4，,hfe=44，hoe=27 10-6S。该三极管连成共基电路，求它的共基h参数值。解：共射和共基的反向传输系数很小，输出电阻都很高。第38页/共209页等效电路分析等效电路分析.h参数模型的简化简化条件：1)1/hoe(=rce)RL,hoe可以忽略；2)反向传输系数很小,hre可以忽略。说明：一般共射和共基连接这两个条件都能满足。Uce+-IbbecIchie+-hreUcehfeIb1/hoeUbeUcehfeIbhieUebUcbhfbiebecieichibCE组态h参数简化模型CB
17、组态h参数简化模型第39页/共209页等效电路分析等效电路分析.输入电阻hie 的估算bcebrercrbb晶体管内部的简化模型表示rbb基区体电阻re发射结正向电阻rc集电结反向电阻（IEQ静态工作点电流）rbb:低频数百欧，典型值300高频几欧几十欧第40页/共209页等效电路分析等效电路分析7.共射h参数等效电路分析方法1)首先画出放大电路的交流通路；2)将交流通路中的晶体管用h参数等效电路代替；3)标出等效电路中的电压电流量，进行动态分析。UoUsECUoUsiiicib下面分析放大器的几个性能指标：ri,ro,AU,AI第41页/共209页UoUsiiicibUoUsiiicibhi
18、ehfeibUiRbhie可忽略uoUsiiichiehfeiiui1）输入阻抗 ri （教材中习惯使用Ri表示)riri=hie如考虑Rb的影响，riri=Rb/hie定义：UbeUcehfeIbhie第42页/共209页uousIiIchiehfeIiui等效电路分析等效电路分析2）输出阻抗步骤：（1）将输入信号源电压Us短路，即 us=0（2）将负载开路即RL=,并在输出端外加一激励信号uo（3）在uo激励下，产生电流Io,则输出阻抗roiihiehfeiiuiiouororo=如考虑Rc电阻对输出阻抗的影响uousiiichiehfeIiuirororo=Rc7.共射h参数等效电路分析
19、方法（续）第43页/共209页等效电路分析等效电路分析uousiiichiehfeiiui3）电流增益AI=hfe4）电压增益AU考虑信号源内阻RS的影响增加放大增益有效的方法：适量增加IEQ。=-icRLiihie复习：7.共射h参数等效电路分析方法（续）ri例题类型：套公式题目,电路中电源电压常用符号:Ec，Vc，Ucc。第44页/共209页三、放大电路的工作点的稳定温度漂移概念晶体管参数随温度变化使工作点随温度而移动的现象。.温度对晶体管参数的影响TUr IBQ ICBO ICEO ICQ 工作点上移复习：Ur为死区门限电压，第45页/共209页UiU0ReIBQIEQEcUEUB工作点
20、稳定工作点稳定2.分压式电流负反馈稳定偏置电路射极偏置电路Rb1、Rb2和Re构成偏置电路。Rb1、Rb2组成分压器，提供一个固定的基极电位UB。Re发射极电阻，提供电流负反馈。（反馈将在第5章详细介绍）IRb2UiU0ReIBQIEQEcUE利用戴维南定理第46页/共209页uiu0ReIBQIEQEcUEUB工作点稳定工作点稳定2.分压式电流负反馈稳定偏置电路(续)IRb2当满足IRb2IBQ时,（或Rb1/Rb2(1+)Re)稳定工作点的过程：T ICBO ICQ IEQ UE=IEQReUBE=UB-UE IBQ ICQ 复习：第47页/共209页2.分压式电流负反馈稳定偏置电路(续)
21、当满足Rb1/Rb2IBQ)UiU0ReIBQIEQEcUEUBUiU0ReIBQIEQEcUE分析：第48页/共209页工作点稳定工作点稳定射极偏置电路的分析1）静态分析近似估算法当满足IRb2IBQ时，UiU0ReIEQEcUEIRb2IBQUBEcIEQIRb2UE第49页/共209页UiUoRehieUiU0ReIEQEcUEUiUoRerororirihfeIb2）动态分析说明：Ui表示输入单频信号的有效值。Ib意为此时基极单频信号电流的有效值。Ic、Ie均为交流电流的有效值。工作点稳定工作点稳定第50页/共209页射极偏置电路的分析2）动态分析（续）UiUoRehierororir
22、ihfeIb电压增益-hfeIbRL=Ibhie+(1+hfe)IbReRL=Rc/RL-hfeRL=hie+(1+hfe)ReAU由式可看出：Re的引入虽然可以稳定静态工作点，但它也引入交流负反馈，使放大增益大幅度降低。改进的方法：Re上并联旁路电容。工作点稳定工作点稳定第51页/共209页输入电阻UiUoRehierororirihfeIbIb=Ibhie+(1+hfe)IbRe=hie+(1+hfe)Reri=Rb1/Rb2/hie+(1+hfe)Re 输出电阻ro=ro=Rc电压增益-hfeRL=hie+(1+hfe)ReAU2）动态分析（续）工作点稳定工作点稳定第52页/共209页四
23、、放大电路的分析步骤1.作静态分析画出电路的直流通路计算法图解法静态值IBQICQUBEQUCEQ2.作动态分析画出电路的交流通路三极管用微变等效电路代替放大电路的微变等效电路hieAU ri ro ri ro图解法：适合于大信号的分析等效电路法：适合于小信号的分析 等效电路法：Si:UBEQ=0.60.7VGe:UBEQ=0.20.3V第53页/共209页3.3 3.3 频率响应的基本概念及单管频率响应的基本概念及单管共射电路的频率响应共射电路的频率响应一、频率响应的基本概念二、频率响应的分析方法三、晶体三极管的高频分析模型四、单管共射放大电路的高频响应五、单管共射放大电路的低频响应第54页
24、/共209页-180-90-270fLfh0.707AUAUA(jf)f(jf)f一、频率响应的基本概念CE接法基本放大电路低频截频高频截频=argA(jf)第55页/共209页-180-90-270fLfh0.707AUAUA(jf)f(jf)f一、频率响应的基本概念(续）中频段：AU=常数低频段高频段AU 下降中频段：相位差 =常数低频段高频段 改变 这种描绘输入信号幅度固定，输出信号的幅度随频率变化而变化的规律称为幅频特性。用A(jf)或A（j)表示 这种描绘输出信号与输入信号之间相位差随频率变化而变化的规律称为相频特性。用（）第56页/共209页幅度频率失真：幅频特性偏离中频值的现象相
25、位频率失真：相频特性偏离中频值的现象 频率响应的定义 频率响应就是放大电路对输入正弦信号的稳态响应。反映了放大器对不同频率信号的放大能力。记作A(j)或 A(jf)。频率响应特性幅度频率特性：A(j)或 A(jf)相位频率特性：()或(f)中频增益中间频率段的增益 频带宽度BW=fh-flfh、fl增益下降到中频增益的0.707倍（即3dB处）所对应的频率。一、频率响应的基本概念(续）频率失真第57页/共209页 产生频率失真的原因 （1）放大电路中存在电抗性元件 例如：耦合电容、旁路电容、分布电容、变压器、分布电感等。影响低频增益主要是耦合电容和旁路电容 影响高频增益晶体管的结电容及引线等杂
26、散电容 （2）三极管的()是频率的函数 在研究频率特性时，三极管的低频小信号模型不再适用，而要采用高频小信号模型。一、频率响应的基本概念(续）第58页/共209页 线性系统的分析：时域拉氏逆变换自变量：t自变量：s=+j 传输函数定义：非标准式标准式二、频率响应的分析方法拉氏变换复频域线性系统：其中：z1、z2、zm零点p1、p2、pn极点系统稳定的条件：所有零、极点均分布在左半平面第59页/共209页 传输函数的计算Uo(s)=RR+1/(sC)=R sCR sC+1=ss+1/RC RC高通电路传递函数有一个零点z1=0和一个极点p1=-1/RCjz1=0p1=-1/RC零点极点图分析频率
27、响应时，令s=jUi(s)H(s)=Uo(s)Ui(s)=ss -p1Au(j)=Uo(j)Ui(j)=jj-p1频率响应特性二、频率响应的分析方法（续）第60页/共209页频率响应的波特图采用对数坐标来描述幅频特性和相频特性的图形表示方法。线性坐标系中：纵坐标是放大增益，采用对数单位；横坐标频率采用对数单位，但以频率标识。（习惯）波特图的近似描绘渐近线描绘1.幅频特性的渐近线描绘典型传递函数：首先 将传递函数写成作图的形式有两个零点和三个极点A=A11/(2 3 4)第61页/共209页幅频特性：二、频率响应的分析方法（续）幅频特性用dB表示：第62页/共209页(1)一阶零点 幅频特性的渐
28、近线波特图1010010001=10第63页/共209页 (1)一阶零点 幅频特性的渐近线（续）当 1时，|A(j)|=20lg(/1)当=1 时，|A(j)|=3dB20dB/dec波特图0.1 111011010010001=10第64页/共209页 20dB/dec-20dB/dec波特图0.1 11101(2)一阶极点 幅频特性的渐近线当 1时，y=-20lg(/1)当=1 时，y=-3dB渐近线描绘方法当 1 时，作0水平线；当 1 时，作20dB/十倍频的斜线。一阶零点一阶极点第65页/共209页 (3)一阶零点 幅频特性的渐近线20dB/dec-20dB/dec波特图0.1110
29、是一条通过=1，斜率为20dB/十倍频的斜线。(4)一阶极点 幅频特性的渐近线是一条通过=1，斜率为-20dB/十倍频的斜线。小结：将零点与极点的影响累加起来，即可得到总的幅频特性。经过一个零点，斜率增加20dB/十倍频；经过一个极点，斜率减小20dB/十倍频。第66页/共209页0.1 11101()分析：当1时，()=9045/dec波特图2.相频特性的渐近线描绘(1)一阶零点 相频特性的渐近线1101001=101000第67页/共209页0.1 11101()-45/dec45/dec(1)一阶零点 相频特性的渐近线（续）用三条渐近线描绘当0.11 时，作00水平线；当101 时，作9
30、00水平线；当0.11 101 时，作450/十倍频斜线。(2)一阶极点 相频特性的渐近线一阶零点一阶极点第68页/共209页0.1110(3)一阶零点 的渐近线相频特性(4)一阶极点 的渐近线相频特性一阶零点一阶极点第69页/共209页例1:解：1）A=10520lgA=20lg105=100dB；以100dB为起点.2）存在三个极点104、106和107，分别画出三个极点的渐近线；3）合成波形，进行斜率累加。复习：将零点与极点的影响累加起来，即可得到总的幅频特性 经过一个零点，斜率增加20dB/十倍频；经过一个极点，斜率减小20dB/十倍频。小结：画波特图的一般步骤：（1）写出标准式：找常
31、数项；（2）画出各个零、极点的渐近线；（3）合成波形。第70页/共209页20lg|A(j)|(dB)10210310410510610710820406080100-20dB/dec-40dB/dec-60dB/dec-450-900-1350-1800-2250()-2700波特图三个极点：104、106和107第71页/共209页例2：解：1）标准式常数项：A=1，20lgA=0dB，以0dB为起点。2）存在两个零点0、10和三个极点20、100和104，分别画出零、极点的渐近线。3）合成波形。波特图第72页/共209页20lg|A(j)|(dB)1 101021031041051062
32、040608010020dB/dec40dB/dec-20dB/dec20dB/dec0dB/dec放大器的低频截频由低频段最大的低频极点决定，l=102.放大器的高频截频由高频段最小的高频极点决定，h=1043dB3dB带宽 3dB=h-l h波特图MN第73页/共209页 晶体三极管高频物理模型-混合模型双极型三极管物理模型三、晶体三极管的高频模型双极型三极管第74页/共209页 晶体三极管高频物理模型-混合模型（续）rbb-基区的体电阻，b是假想的基区内 的一个等效集中点。对高频影响很大，数值十几几十欧姆。rbe和Cbe发射结等效交流电阻和结电容。rbc和Cbc 集电结等效交流电阻和结电
33、容。gmUbe受控电流源，Ube对输出电流的控制作用。（gm=ic/Ube)rce受控电流源的内阻，很大，可忽略。双极型三极管物理模型三、晶体三极管的高频模型第75页/共209页三、晶体三极管的高频模型（续）晶体三极管高频物理模型-混合模型（续）忽略rce和rbc双极型三极管物理模型第76页/共209页 密勒原理设放大倍数K=U2/U1（1）求Z1（2）同理求得Z2若Z为电容,Z=1/(jC),则Zi=1/(jCi),i=1,2ZI1I2U1U2Z1U1I1Z2U2I2三、晶体三极管的高频模型（续）第77页/共209页单向近似模型三、晶体三极管的高频模型（续）第78页/共209页 问题：和gm
34、之间的关系如何？gm是否随温度变化？0：0 即低频时的，反映了三极管的放大作用。gm：称为跨导，反映输入电压对输出电流的控制，gm与频率无关。简化混合模型第79页/共209页 根据电路连接组态的不同，管子的高频截频分为三种：1.共射截频f：当 下降到 时对应的频率,0 为中频共射电流放大倍数。3.共基截频f：当 下降到 时对应的频率,0为中频共基电流放大倍数。三种截频的关系：f f T f f T=0 f 2.特征频率f T：当|=1 时对应的频率。1 0f f Tf f、(dB)晶体三极管的高频截频三、晶体三极管的高频模型（续）第80页/共209页高频截频 共射截频 f 当f=f时，0=gm
35、rbe为低频放大系数。第81页/共209页 特征频率fT当 f=fT 时,=1当f f时（ff）小结：1.在ff时，f 保持常数，f 称为 增益带宽积。说明工作频率增加一倍，就下降一倍。2.特征频率fT等于增益带宽积。3.fT较容易测量，只要测量出ff时的 值，即可计算出 fT。三、晶体三极管的高频模型（续）说明：该结论同样适应于理想运算放大器。第82页/共209页四、单管共射放大电路的高频响应分析放大器频响的重要指标：增益函数、带宽和高低频截频+E-ERLRsRcUsRsUsbRLcegmUbeCcCerberbbbrbbRsUsRLgmUbeCoCirbebeUbeUoUi第83页/共20
36、9页1.中频电压增益+E-ERLRsRcUs四、单管共射放大电路的高频响应（续）UiUo其中：第84页/共209页2.高频增益和极点rbbRsUsRLgmUbeCoCirbebeUbeUoUigmUbeCoCiRLRsUs四、单管共射放大电路的高频响应（续）利用戴维南定理，将等效电路进一步简化。第85页/共209页高频增益函数gmUbeCoCiRLRsUsUi=UbeUO第86页/共209页极点：gmUbeCoCiRLRsUsUi=UbeUO第87页/共209页rbbRsUsRLgmUbeCoCirbebeUbeUoUi第88页/共209页高频增益函数其中极点：gmUbeCoCiRLRsUs四
37、、单管共射放大电路的高频响应（续）UiUOAUs就是中频电压增益结论：1.单级CE电路具有两个极点h1和h2（即每一个独立电容都构成一个极点）。2.两个极点h1和h2分别由输入、输出回路提供，其值为该回路时间常数的倒数。第89页/共209页3.高频截频fh和 BW方法一：作波特图法，fh 近似等于最小的高频极点的频率。BW=fh-flfh高频增益函数方法二：解析法，fh 用公式来计算。高频截频fh的计算方法：由高频截频定义有：忽略高次项，经整理近似得到20lg|Aus()|h1h220lg|AUs|第90页/共209页 只有n个高频极点，高频截频可近似为最小的高频极点.也可用公式计算:频响分析
38、 高频增益函数A中频增益有：第91页/共209页 零点和极点的个数相同，低频截频可近似为最大的低频极点。也可用近似公式计算。低频增益函数A中频增益有：第92页/共209页频响分析 高低频增益函数当零点的个数比极点的个数少即mhiehie共集电路的输入电阻比共射的高。输出电阻UoIoro=-IbRs/Rb+hie-(Ib+hfeIb)=Rs/Rb+hie1+hfe共集电路具有很低的输出电阻共集共集(CC)(CC)放大电路放大电路第103页/共209页二、动态分析（续）输出电阻ro=Rs+hie1+hfehiero=Re/roro电流增益AIAI=Ie/Ib=1+hfe共集共集(CC)(CC)放大
39、电路特点放大电路特点：（1）输入阻抗高（2）输出阻抗低（3）电压增益近似为1（4）电流增益大共集共集(CC)(CC)放大电路放大电路第104页/共209页3.5 3.5 共基（共基（CBCB）放大电路放大电路放大电路放大电路静态分析动态分析第105页/共209页一、静 态 分 析说明：静态工作点的计算与射极偏置电路相同，略。共基共基(CB)(CB)放大电路放大电路第106页/共209页ririroro电压增益AU-hfbIeRL=Iehib其中：RL=Rc/RL-hfbRL=hib二、动 态 分 析共基共基(CB)(CB)放大电路放大电路第107页/共209页共基电路具有很低的输入电阻电流增益
40、恒小于1，且近似等于1电压增益AU-hfbRL=hibAUririrorohfeRL=hie电流增益AIhfbIe=Ie=hfb输入电阻ri=hibri=ri/Re输出电阻ro=ro=ro/Rc=Rc共基共基(CB)(CB)放大电路放大电路第108页/共209页（1）共基电路输入电阻较小，输出电阻较大，电流增益近似等于1，电压增益与共射电路相同。（2）直流工作点的温度稳定性好。（3）共基电路可工作在较高的频率。（解释：CB组态放大电路由于输入电容小，所以CB组态放大电路的上限截止频率比CE组态要高许多。）共基（共基（CBCB）放大电路特点：）放大电路特点：思考题目：如果使用思考题目：如果使用C
41、ECE组态的等效电路模型是否可以组态的等效电路模型是否可以分析计算分析计算CBCB组态电路特性？这样只需要记组态电路特性？这样只需要记CECE模型。模型。第109页/共209页类别共射放大电路共集放大电路共基放大电路电压增益AU较大小（1）较大Uo与Ui的相位关系反相（相差180o）同相同相最大电流增益AI较大较大小（1）输入电阻ri（ri）中等高阻低阻输出电阻ro（ro）中等低阻高阻频响特性较差较好好用途多级放大电路的中间级输入级、中间缓冲级、输出级高频或宽带放大电路及恒流源电路3.6 共射、共集、共基放大电路性能比较第110页/共209页3.7 电流源电路一、常用的电流源电路二、电流源的主
42、要应用三、集成化元器件的特点第111页/共209页一、常用的电流源电路 基本镜像电流源比例电流源微电流源威尔逊电流源 3.7 电流源电路电流源电路特点：输出直流电流、直流电阻小、交流电阻大、温度特性好、受电源电压等因素的影响小。第112页/共209页1.基本镜像恒流源则基准电流：若若,则有：IO似IR的镜像故称为镜像电流源电路。IB1=IB2,Ic1=Ic2,电路优点：结构简单，两管参数对称符合集成电路特点、动态电阻大。电路缺点：Ic1数值仍受电源电压、R和Ube影响，且不易得到小电流（A级)第113页/共209页2.比例恒流源比例恒流源 在基本恒流源的T1、T2管接入射极电阻R1、R2，R2
43、由于电路对称：UE1=UE2 所以 IE1R1=IE2R2显然，调整R1/R2比值，即可调整I0与Ir的比例关系。所以称为比例恒流源。IC1R1=IC2R2第114页/共209页3.微电流源 通过接入R2电阻得到一个比基准电流小许多倍的微电流源（A级），适用微功耗的集成电路中。IoUbe1=Ube2+Ie2ReIoIe2=(Ube1-U be2)/R2=Ube/R2由PN结电流方程可知：Ube1=UTln(Ie1/Ies1)Ube2=UTln(Ie2/Ies2)ln(Ie1/Ie2)=ln(Ir/Io)=IoR2/UT一般Ies1=Ies2由Ir=(Ec-Ube1)/R,而Io=Ube/R2,
44、所以IoRb+hie第134页/共209页工作原理uocRcuic1T1Rb2Reeiec1uoc1Rcuic2T2Rb2Reeiec2uoc2共模双端输入电阻（对于uic来说，两个输入端并联）：小结：差放电路对共模信号具有很强的抑制能力，理论上双端输出增益为0。单端输出时Ree越大，抑制能力越强，Auc远小于1。因此由外界因素产生的同向漂移将有效的被抑制，如温度等。共模单端输入电阻：单端共模输出电压增益：双端共模输出电压增益：第135页/共209页工作原理3）共模抑制比CMRR共模抑制比CMRR衡量差放的一个重要指标。或双端输出：单端输出：（2）动态分析（续）第136页/共209页小结：差放
45、对共模信号的抑制作用有重要的意义。1.对电源扰动、及温度变化，在直接耦合放大电路中被逐级放大，从而引起较大输出误差。(零点漂移)2.对差放电路这些现象会引起两管同时产生同样的漂移，这种大小相等、极性相同的漂移电压就是共模电压。3.差放电路是利用电路对称的特点，将一个管子产生的漂移用来补偿另一只管子产生的漂移，从而抑制漂移。4.这种对称性在集成工艺中较易实现。因此，集成电路中广泛使用差分电路。第137页/共209页工作原理4）对任意输入信号的分析方法ui1=uic1+uid1ui2=uic2+uid2uic1=uic2=(ui1+ui2)/2uid1=-uid2=(ui1-ui2)/2对于两个任
46、意信号ui1、ui2，分析时可将它们分解成一对共模信号和一对差模信号，然后分别由差模和共模增益来求。例：ui1=10mV ui2=8mVuic1=uic2=(ui1+ui2)/2=9mVuid1=-uid2=(ui1-ui2)/2=1mVui1=9+1=uic1+uid1ui2=9-1=uic2+uid2（2）动态分析（续）分解任意输入信号的一般公式为：第138页/共209页工作原理5）单端输入差放电路的分析ui1=ui ，ui2=0处理方法：按任意信号处理uid1=-uid2=(ui-0)/2=ui/2uic1=uic2=(ui+0)/2=ui/2说明:对于单端输入，等效于双端输入，相当于差
47、模信号ui/2，-ui/2 和共模信号 uic1=uic2=ui/2共同作用的结果。（2）动态分析（续）第141页/共209页工作原理（2）动态分析（续）6）差模传输特性（了解内容）概念：差模传输特性是指差放电路输出差模电压（或差模电流）随着差模输入电压变化的特性。经整理得两个晶体管发射电流分别为应用：乘法器电路设计等。第142页/共209页二、改进型差分放大电路 为了提高共模抑制比应加大Ree。但Ree加大后，为保证工作点不变，必须提高负电源，这是不经济的。同时集成电路难以制造大电阻，为此可用恒流源T3来代替Re。恒流源动态电阻大，可提高共模抑制比。并可提供一个稳定的偏流。同时恒流源的管压降
48、只有几伏，可不必提高负电源之值。这种电路称为恒流源差动放大电路1.具有恒定电流源负载的差分放大电路第143页/共209页用恒流源输出等效高阻代替实体电阻，称该电阻为有源负载。电路分析Ube+I3R3=2UD+I2R2由于IB3很小I1I2如果 R1=R2，Ube=UD2.有源负载提供大动态电阻Rb3=R1/R2（推导过程略）第144页/共209页2.组合差分放大电路1）共射共基组合差放T1、T2：共射差放T3、T4：共基差放T5、T6：共基差放电路T3、T4的负载。T5、T6 对称，基极射极电位均相同，因此流过T5、T6的电流相同。信号从T4的集电极输出。I-III-IIoIo=-I-I=-2
49、 I此电路使单端输出具有双端输出的效果。提高输入级的速度电压增益高第145页/共209页1）共射共基组合差放(续)第一级差放T1、T2：双入双出第二级差放T3、T4：双入单出两级差放增益 AUd=AU2AU4设共基电路的输入电阻hib4差模输入电阻：rid=2hie1第146页/共209页组合差分2）共集共基组合差放T1、T2组成共集差放电路，双入双出。T3、T4组成共基差放电路，双入双出。特点：输入电阻高，电流和电压增益大。又称为互补差分电路。第147页/共209页3）共模负反馈差放组合差分R1R2两级的电流负反馈。对共模信号由于存在较强的反馈而受到抑制，对差模信号反馈不存在，因此不影响差模
50、信号。Uic1Uic2Ib1输入共模信号Uic1=Uic2Ib2Ic2Ic1Uc2Ib4Ie4Uc1Ib5Ie5UR2Ie3Ic1 Ic2 具有较高的共模抑制比，CMRR80dB第148页/共209页3）共模负反馈差放(续）组合差分输入差模信号Uid1=-Uid2Uid1Uid1Ib1Ib2Ic2 Ic1Uc2 Ie4Uc1Ie5 UR2=0即无反馈信号共模负反馈电路具有较强的共模抑制能力，对差模信号无影响。第149页/共209页1.差放的失调电压及失调电流概念三、差分放大电路的失调与温飘输入失调电压（Input Offset Voltage）VIO 放大电路应该是输入为零，输出为零。实际上集